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Introdução aos
Bioprodutos
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
EQB737 – TECNOLOGIAS VERDES PARA BIOPRODUTOS
Prof Bernardo DiasProf Bernardo Dias
E-101/102/103, http://cleantech.eq.ufrj.br/
Bioprodutos
Definição
Bioproducts are products made with some component of
biological or renewable materials.
The “bio” in “bioproducts” relates to inputs derived from
biological sources, including agriculture (e.g., crops and
crop residues, dried distillers grains) and/or food
processing (byproducts, residues and off-specification
materials). Forestry is another potential source of
biological materials.
http://www.omafra.gov.on.ca/english/crops/facts/10-013w.htm
Bioprodutos
Definição
Bioproducts are products made with some component of
biological or renewable materials.
The “bio” in “bioproducts” relates to inputs derived from
biological sources, including agriculture (e.g., crops and
crop residues, dried distillers grains) and/or food
processing (byproducts, residues and off-specification
materials). Forestry is another potential source of
biological materials.
http://www.omafra.gov.on.ca/english/crops/facts/10-013w.htm
Bioprodutos
Definição
Bioprodutos são definidos aqui como qualquer produto gerado
a partir de biomassa, que poderiam de outra forma ser
produzidos usando matérias-primas fósseis
Coutinho P, Bomtempo, JV. Quimica Nova, 34 (5), 910-916, 2011
Bioprodutos
Definição
Bioprodutos são definidos aqui como qualquer produto gerado
a partir de biomassa, que poderiam de outra forma ser
produzidos usando matérias-primas fósseis
Coutinho P, Bomtempo, JV. Quimica Nova, 34 (5), 910-916, 2011
Bioprodutos
Definição
Produtos de origem biológica, podendo ser
derivados de:
- Vegetais: plantas inteiras, células e tecidos,
resíduos agroindustriais e florestais
- Microbianas: processos fermentativos,
biotransformação, biomassa celular
- Animais: células e tecidos
Bioprodutos
Exemplos
Iogurte
SIM OU NÃO?
Bioprodutos
Exemplos
SIM OU NÃO?
Vacina
Bioprodutos
Exemplos
SIM OU NÃO?
Bagaço de cana
Bioprodutos
Exemplos
SIM OU NÃO?
Poli (ácido láctico)
Bioprodutos
Exemplos
SIM OU NÃO?
Carotenóides
Bioprodutos
Açúcares
Bioprodutos
Proteínas e derivados
Bioprodutos
Lipideos
Cera de carnaúba
Bioprodutos
Lignina
Resina Fenol-Formol
Aditivo para concreto
Bioprodutos
Pigmentos
Bioprodutos
Surfactantes
Bioprodutos
Aromas
Bioprodutos
Antimicrobianos
Lisozima
Nisina
Bioprodutos
Toxinas
Aflatoxina
Ricina
Bioprodutos
PolióisQuímico x Enzimático
Glicerol
Bioprodutos
Ácidos Orgânicos
Bioprodutos
Vitaminas
Bioprodutos
Biocombustíveis
Bioprodutos
Biomateriais
Tecnologias
Processos Químicos
Tecnologias
Processos Químicos
Tecnologias
Processos Químicos
Pirólise
Tecnologias
Processos Químicos
Meio e Mosto
Processos Fermentativos
Tecnologias
Processos Fermentativos
Tecnologias
Processos Fermentativos
Tecnologias
Processos Fermentativos
Tecnologias
Processos Fermentativos
Tecnologias
Processos Fermentativos
Tecnologias
Hairy root
Integração Produção-Separação
Fermentação Extrativa → Solventes utilizados: Dodecanol, dibutil-
ftalato, querosene, dioctil-ftalato, octanol, ciclohexano, silicone, dodecano,
hexadecano, e tetradecano
Arraste por Gás → Passagem de gás (N2 ou CO2) pelo fermentador
durante a produção do metabólito, que é depois condensado, sendo o gás
reciclado para o processo
Adsorção→ Uso de matrizes poliméricas, carvão ativo, zeólitas, silica,
resinas de troca iônica.
Complexação→ Ciclodextrinas
Processos Enzimáticos
Tecnologias
→ Biocatalisadores
→ Proteínas altamente especificas
→Atuam eficientemente sob condições brandas, que são as
requeridas para preservar a funcionalidade e integridade de
sistemas biológicos
Processos Enzimáticos
Tecnologias
H2O2 H2O O2+Catalase
Condições da Reação Energia livre de Ativação
KJ/mol Kcal/mol
Velocidade
Relativa
Sem catalisador
Platina
Enzima Catalase
75,2 18,0
48,9 11,7
23,0 5,5
1
2,77 x 104
6,51 x 108
Características
Aplicações de Enzimas
- Detergentes
- Têxteis
- Papel e Celulose
- Biocombustíveis
- Cosméticos
- Síntese Orgânica
Principais Empresas:
Novozymes, Dupont (Genencor, Danisco), DSM → 75% mercado
- Laticínios
- Panificação
- Suco
- Amido
- Cerveja
Mercado Mundial (2017) ~ US$ 7 bilhões
Aplicações de Enzimas
Classificação
2. Transferases
1. Oxidorredutasescatalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi‐redução. São as Desidrogenases e as Oxidases.
atuam em CH‐OH, C=O , C=O‐ , CH‐NH2 , CH‐NH‐ e NADH, NADPH.
Glicose Ácido Glucônico
Glicose Oxidase
(EC 1.1.3.4)
catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Como exemplo temos as Quinases e as Transaminases. Atuam em grupos com um carbono, aldeído ou cetona, acil , glicosil. fosfatos ou grupos contendo enxofre
Glicose Glicose-6P
Hexoquinase
(EC 2.7.1.1)
Classificação
4. Liases
3. Hidrolases
Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: as peptidases;hidrolises de ésteres, ligações glicosídicas, ligações peptídicas,
outras ligações C‐N ou anidridos ácidos.
Lactose Galactose Glicose
Lactase
(EC 3.2.1.108)
Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas deágua, amônia e gás carbônico. As Dehidratases e as Descarboxilases são bonsexemplos; =C=C= , =C=O e =C=N
Isocitrato Succinato Glioxilato
Isocitrato liase
(EC 4.1.3.1)
Classificação
6. Ligases
5. IsomerasesCatalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ougeométricos. As Epimerases são exemplos;
Dihidroxiacetona fosfato Gliceraldeído-3P
Triose fosfato isomerase
(EC 5.3.1.1)
Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligaçãoentre duas já existentes, sempre às custas de energia (ATP). São as Sintetases
Acetil CoA Malonil CoA
Acetil CoA carboxilase
(EC 6.4.1.2)
Processos Verdes
Tecnologias
Processos Verdes
Tecnologias
Processos Verdes
Tecnologias
Líquidos Iônicos
Líquidos Iônicos
Propriedades
- Estabilidade Térmica → decomposição ~ 350ºC
- Pressão de vapor quase desprezível → baixa
volatilidade
- Estabilidade Eletroquímica
- Normalmente, não é inflamável
- Propriedades ajustáveis (tunable) → miscibilidade,
viscosidade
Novos Solventes
Novos Solventes
Novos Solventes
Novos Solventes
Resíduos
Produzidos em todos os estágios das atividades humanas, os resíduos variam
em função das práticas de consumo e dos métodos de produção tanto em
termos de composição como de volume.
Classificação dos resíduos
→ Quanto às características físicas:
Seco: papéis, plásticos, metais, couros tratados,
tecidos, vidros, madeiras, guardanapos e tolhas
de papel, pontas de cigarro, isopor, lâmpadas,
parafina, cerâmicas, porcelana, espumas,
cortiças.
Molhado: restos de comida, cascas e bagaços
de frutas e verduras, ovos, legumes, alimentos
estragados, etc.
Classificação dos resíduos
→ Quanto à composição química:
Orgânico: é composto por pó de café e chá, cabelos, restos de alimentos, cascas e
bagaços de frutas e verduras, ovos, legumes, alimentos estragados, ossos, aparas e podas
de jardim.
Inorgânico: composto por produtos manufaturados como plásticos, vidros, borrachas,
tecidos, metais (alumínio, ferro, etc.), tecidos, isopor, lâmpadas, velas, parafina, cerâmicas,
porcelana, espumas, cortiças, etc.
→ Quanto à origem:
Domiciliar: originado da vida diária das residências.
Comercial: originado dos diversos estabelecimentos comerciais e de serviços.
Serviços públicos: originados dos serviços de limpeza urbana
Hospitalar: descartados por hospitais, farmácias, clínicas veterinárias.
Deve ser incinerado e os resíduos levados para aterro sanitário.
Portos, aeroportos, terminais rodoviários e ferroviários: resíduos sépticos
Podem conter germes patogênicos
Industrial: originado nas atividades dos diversos ramos da indústria
Radioativo: resíduos provenientes da atividade nuclear
Agrícola: resíduos sólidos das atividades agrícola e pecuária
Entulho: resíduos da construção civil
Classes dos resíduos:
→ Classe 1 - Resíduos perigosos:
apresentam riscos à saúde pública e ao meio ambiente, exigindo tratamento e disposição
especiais em função de suas características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade,
toxicidade e patogenicidade.
→ Classe 2 - Resíduos não-inertes:
não apresentam periculosidade, porém não são inertes; podem ter propriedades tais como:
combustibilidade, biodegradabilidade ou solubilidade em água. São basicamente os resíduos
com as características do lixo doméstico.
→ Classe 3 - Resíduos inertes:
ao serem submetidos aos testes de solubilização, não têm nenhum de seus constituintes
solubilizados em concentrações superiores aos padrões de potabilidade da água. Muitos
destes resíduos são recicláveis.
Origem Possíveis Classes
Domiciliar 2
Comercial 2, 3
Industrial 1, 2, 3
Público 2, 3
Serviços de saúde 1, 2, 3
Portos, aeroportos e terminais ferroviários 1, 2, 3
Agrícola 1, 2, 3
Entulho 3
Resíduos Sólidos de Agroindústrias:
o Usinas sucro-alcooleiras: bagaços, tortas, etc.
o Cultivo agrícola: restos de plantas não aproveitados comercialmente (“cana” de
milho, “palha” de feijão, “palha” de soja, etc.)
o Indústria da celulose e papel: resíduos da madeira, lodo do processo de
produção e do tratamento de águas residuárias
o Produção de frutas e hortaliças: bagaço, tortas, refugo e restos
o Matadouros e indústrias do processamento de carnes: vísceras e carcaça de
animais, sangue, banha, sólidos orgânicos ou inorgânicos, sais e químicos
o Processamento de pescado: pedaços de peixes, escamas e peles, vísceras, etc.
o Curtumes: aparas de couro e lodo do processo e tratamento de águas
residuárias
o Criatórios de animais em confinamento (suínos, aves, bovinos, eqüinos, ovinos):
esterco
Beneficiamento de Produtos Agropecuários:Sazonal, uma vez que a matéria-prima é de produção irregular no ano.
✓ Casca de Arroz: 20 a 25% do peso do grão
✓ Casca do Café: 39% do peso do fruto do cafeeiro
✓ Bagaço de Cana: 280 toneladas / 1000 toneladas de cana
✓ Matadouros de Bovinos: 23 kg barrigada e 18 kg dejetos / animal abatido
✓ Abatedouros de Frango: 30% (penas, intestinos, pé, cabeça e sangue) da
massa total do animal
O Custo do Resíduo
• Perda de matéria-prima;
• Gasto de energia;
• Tecnologia ambiental end-of-pipe;
• Custo de disposição do resíduo.
Triple bottom line "TBL", "3BL" ou People, Planet, Profit
resultados de uma empresa medidos em termos
econômicos, ambientais e sociais
SUSTENTABILIDADE
Resíduo é desperdício, é material que se comprou e está sendo colocado fora
Pode reduzir a competitividade econômica de um processo
VALORIZAÇÃO INTEGRAL DA
BIOMASSA
O conceito do uso de fontes renováveis está
implicitamente conectado com a idéia de Valorização Integral,
destacando a importância do uso
completo do produto entregue pela natureza
(agricultura)
Aplicações Alimentares versus Não-Alimentares
Biorrefinarias:
Ferramenta de
Integração para
Valorização Total
dos Resíduos
Biorrefinaria utiliza biomassa para gerar uma variedade de combustíveis,
produzir calor e eletricidade, produtos químicos e materiais